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鈮（Niobium），化學符號(hao)Nb，原子序數(shu)為41，是一(yi)種(zhong)過渡金(jin)屬元素。鈮單質是一(yi)種(zhong)帶光澤的(de)(de)灰色金(jin)屬。高純度鈮金(jin)屬的(de)(de)延展性較高，但會隨雜質含量的(de)(de)增加而變(bian)硬。鈮對于熱中子的(de)(de)捕獲(huo)截面很低，因(yin)此在核工業(ye)上有(you)相(xiang)當(dang)的(de)(de)用(yong)處。

發現歷史

當于1801年考察在大英(ying)博物(wu)館的礦石(shi)時，Charles Hatchett被一(yi)個標簽為columbite（鈳(ke)鐵礦）的樣本(ben)激起了(le)興趣。他(ta)推(tui)測其(qi)(qi)包含一(yi)種新的金屬，他(ta)是對的。他(ta)加熱一(yi)塊樣本(ben)與碳酸鉀，溶解產(chan)物(wu)到(dao)水中，添加了(le)酸后獲得了(le)沉淀物(wu)。然而，進(jin)一(yi)步的處理也沒(mei)能生產(chan)出(chu)元素本(ben)身，他(ta)命名其(qi)(qi)為columbium（鈳(ke)——鈮元素的舊譯），被人們已知多年。

其他(ta)人則對鈳持懷疑態度，尤其是(shi)(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)接下來的(de)一(yi)年發現了(le)鉭之后。這(zhe)(zhe)(zhe)些金屬在(zai)(zai)(zai)大(da)自然(ran)中一(yi)起出(chu)現，而且很難分(fen)離。在(zai)(zai)(zai)1844年德國(guo)化(hua)學(xue)家(jia)Heinrich Rose證(zheng)明了(le)鈳鐵(tie)礦包含了(le)這(zhe)(zhe)(zhe)兩種元素，他(ta)把columbium（鈳）命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)為niobium（鈮(ni)）。“Columbium”（鈳，符(fu)號Cb）是(shi)(shi)(shi)哈契特對新元素所(suo)給(gei)的(de)最早(zao)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)。這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)名(ming)(ming)(ming)稱在(zai)(zai)(zai)美國(guo)一(yi)直(zhi)有廣泛的(de)使用(yong)，美國(guo)化(hua)學(xue)學(xue)會(hui)(hui)在(zai)(zai)(zai)1953年出(chu)版了(le)最后一(yi)篇標題含有“鈳”的(de)論文(wen)；“鈮(ni)”則在(zai)(zai)(zai)歐(ou)洲通用(yong)。1949年在(zai)(zai)(zai)阿姆斯(si)特丹舉辦的(de)化(hua)學(xue)聯合(he)會(hui)(hui)第15屆(jie)會(hui)(hui)議最終決(jue)定(ding)以“鈮(ni)”作(zuo)為第41號元素的(de)正式命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)。翌年，國(guo)際純粹與應用(yong)化(hua)學(xue)聯合(he)會(hui)(hui)（IUPAC）也采(cai)納了(le)這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)，結束了(le)一(yi)個世(shi)紀(ji)來的(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)分(fen)歧，盡(jin)管“鈳”的(de)使用(yong)時間更(geng)早(zao)。這(zhe)(zhe)(zhe)可算(suan)是(shi)(shi)(shi)一(yi)種妥協(xie)：IUPAC依(yi)北美的(de)用(yong)法選擇“Tungsten”而非歐(ou)洲所(suo)用(yong)的(de)“Wolfram”作(zuo)為鎢的(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)，并在(zai)(zai)(zai)鈮(ni)的(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)上以歐(ou)洲的(de)用(yong)法為先(xian)。具(ju)權(quan)威性的(de)化(hua)學(xue)學(xue)會(hui)(hui)和政府機構都一(yi)般以IUPAC正式命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)稱之，但美國(guo)地質調(diao)查局以及冶金業、金屬學(xue)會(hui)(hui)等組織(zhi)至今(jin)仍使用(yong)舊(jiu)名(ming)(ming)(ming)“鈳”。

當時，科(ke)學家未能(neng)有(you)效地把鈳（鈮(ni)(ni)）和性質極為(wei)相(xiang)似的(de)鉭(tan)區分(fen)開來。1809年，英國化(hua)(hua)學家威廉(lian)·海德·沃拉斯頓（William Hyde Wollaston）對鈳和鉭(tan)的(de)氧化(hua)(hua)物進(jin)行比較，得出兩(liang)者(zhe)的(de)密度分(fen)別(bie)為(wei)5.918g/cm3及超(chao)過16.6g/cm3。雖然密度值相(xiang)差(cha)(cha)巨大，但他仍認為(wei)兩(liang)者(zhe)是完全相(xiang)同(tong)的(de)物質。另一(yi)德國化(hua)(hua)學家海因里希(xi)·羅(luo)(luo)澤（Heinrich Rose）在1846年駁斥(chi)這(zhe)一(yi)結論，并稱原(yuan)先的(de)鉭(tan)鐵礦樣本(ben)中還存(cun)在著另外兩(liang)種元(yuan)素(su)。他以希(xi)臘(la)神話(hua)中坦(tan)塔(ta)洛(luo)斯的(de)女(nv)兒尼俄伯（Niobe，淚水女(nv)神）和兒子珀羅(luo)(luo)普斯（Pelops）把這(zhe)兩(liang)種元(yuan)素(su)分(fen)別(bie)命名為(wei)“Niobium”（鈮(ni)(ni)）和“Pelopium”。鉭(tan)和鈮(ni)(ni)的(de)差(cha)(cha)別(bie)細微(wei)，而因此得出的(de)新(xin)“元(yuan)素(su)”Pelopium、Ilmenium和Dianium實際上(shang)都只是鈮(ni)(ni)或者(zhe)鈮(ni)(ni)鉭(tan)混(hun)合物。

1864年，克利(li)(li)斯蒂安·威廉(lian)·布隆斯特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利(li)(li)·愛丁·圣(sheng)克萊爾·德(de)維爾和(he)(he)路易(yi)·約瑟夫(fu)·特羅斯特（Louis Joseph Troost）明確證(zheng)(zheng)明了(le)鉭和(he)(he)鈮(ni)是兩種不同的(de)化學(xue)元(yuan)(yuan)素，并確定了(le)一些相(xiang)關(guan)化合物的(de)化學(xue)公(gong)式。瑞士化學(xue)家(jia)讓-夏爾·加利(li)(li)薩·德(de)馬里(li)尼亞(ya)（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年進(jin)一步證(zheng)(zheng)實除鉭和(he)(he)鈮(ni)以外別無(wu)其(qi)他元(yuan)(yuan)素。然而(er)直(zhi)到1871年還有科(ke)學(xue)家(jia)發表(biao)有關(guan)Ilmenium的(de)文章(zhang)。

1864年(nian)(nian)，德馬里尼亞在(zai)(zai)(zai)氫氣中對氯化(hua)鈮(ni)(ni)進行還原反(fan)應，首次制成(cheng)鈮(ni)(ni)金(jin)屬。雖然他在(zai)(zai)(zai)1866年(nian)(nian)已能夠(gou)制備不含(han)鉭的鈮(ni)(ni)金(jin)屬，但要直到20世紀(ji)初，鈮(ni)(ni)才開始有商(shang)業上的應用：電燈泡燈絲。鈮(ni)(ni)很快就(jiu)被鎢淘汰(tai)了，因(yin)為(wei)鎢的熔點比鈮(ni)(ni)更高，更適合(he)作燈絲材料。1920年(nian)(nian)代，人(ren)們發(fa)現(xian)鈮(ni)(ni)可以加強(qiang)(qiang)鋼材，這成(cheng)為(wei)鈮(ni)(ni)一(yi)直以來的主要用途。貝爾(er)實(shi)驗室的尤金(jin)·昆茲勒（Eugene Kunzler）等人(ren)發(fa)現(xian)，鈮(ni)(ni)錫(xi)在(zai)(zai)(zai)強(qiang)(qiang)電場(chang)、磁(ci)場(chang)環境下仍能保(bao)持超導性，這使鈮(ni)(ni)錫(xi)成(cheng)為(wei)第一(yi)種(zhong)能承受高電流和磁(ci)場(chang)的物質，可用于(yu)大(da)(da)功(gong)率(lv)磁(ci)鐵和電動(dong)機械(xie)。這一(yi)發(fa)現(xian)促使了20年(nian)(nian)后(hou)多股長(chang)電纜的生產。這種(zhong)電纜在(zai)(zai)(zai)繞成(cheng)線(xian)圈后(hou)可形成(cheng)大(da)(da)型(xing)強(qiang)(qiang)電磁(ci)鐵，用在(zai)(zai)(zai)旋轉機械(xie)、粒(li)子加速(su)器(qi)和粒(li)子探測器(qi)當(dang)中。

純凈的金(jin)屬(shu)樣本(ben)在1864年(nian)由Christian Blomstrand制取(qu)，他用氫氣加熱還(huan)原氯化(hua)鈮(ni)實現(xian)。

元素簡介

元素信息

一(yi)種(zhong)(zhong)金屬(shu)元素(su)(su)(su)。鈮(ni)(ni)(ni)(ni)能吸收氣體，用(yong)(yong)作除氣劑，也(ye)是一(yi)種(zhong)(zhong)良好的(de)(de)超導體。舊稱“鈳(ke)”。化學符(fu)號Nb，原(yuan)子(zi)序數41，原(yuan)子(zi)量(liang)(liang)92.90638，屬(shu)周期系(xi)ⅤB族。1801年英(ying)(ying)國查(cha)爾斯·哈切(qie)特(te)（Charles·Hatchett）在研究(jiu)倫敦大(da)英(ying)(ying)博物館中(zhong)(zhong)(zhong)收藏的(de)(de)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦中(zhong)(zhong)(zhong)分離(li)出一(yi)種(zhong)(zhong)新元素(su)(su)(su)的(de)(de)氧化物，并命(ming)(ming)名(ming)該元素(su)(su)(su)為(wei)columbium（中(zhong)(zhong)(zhong)譯名(ming)鈳(ke)）。1802年瑞典(dian)A.G.厄克(ke)貝里在鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦中(zhong)(zhong)(zhong)發現另一(yi)種(zhong)(zhong)新元素(su)(su)(su)tantalum。由于(yu)這兩種(zhong)(zhong)元素(su)(su)(su)性質上非常相似，不少人認為(wei)它們是同一(yi)種(zhong)(zhong)元素(su)(su)(su)。由于(yu)它與鉭(tan)(tan)非常相似，起初(chu)他竟搞混了(le)。1844年德意志H.羅澤(ze)詳細研究(jiu)了(le)許多(duo)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦和(he)鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦，分離(li)出兩種(zhong)(zhong)元素(su)(su)(su)，才澄(cheng)清了(le)事實真相。最(zui)后查(cha)爾斯·哈切(qie)特(te)用(yong)(yong)神話中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)女(nv)神尼俄伯（Niobe）的(de)(de)名(ming)字命(ming)(ming)名(ming)了(le)該元素(su)(su)(su)。在歷史上，最(zui)初(chu)人們用(yong)(yong)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)所在的(de)(de)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦的(de)(de)名(ming)字“columbium”來稱呼鈮(ni)(ni)(ni)(ni)。鈮(ni)(ni)(ni)(ni)在地殼中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)含量(liang)(liang)為(wei)0.002%，鈮(ni)(ni)(ni)(ni)在地殼中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)自(zi)然(ran)儲量(liang)(liang)為(wei)520萬(wan)噸(dun)，可(ke)開采儲量(liang)(liang)440萬(wan)噸(dun)，主要礦物有鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦、燒(shao)綠石和(he)黑稀金礦、褐釔鈮(ni)(ni)(ni)(ni)礦、鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦、鈦鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鈣鈰礦。

同位素

自然產生的鈮由一(yi)(yi)種(zhong)穩定同(tong)(tong)位(wei)(wei)素(su)組(zu)成(cheng)：93Nb。截(jie)至2003年(nian)(nian)，已合(he)成(cheng)的放射(she)性同(tong)(tong)位(wei)(wei)素(su)共有(you)至少(shao)32種(zhong)，原子(zi)(zi)(zi)量(liang)在81和113之間(jian)。其(qi)中最穩定的是92Nb，半衰(shuai)期有(you)3470萬年(nian)(nian)；113Nb是最不(bu)穩定的同(tong)(tong)位(wei)(wei)素(su)之一(yi)(yi)，其(qi)半衰(shuai)期估(gu)計只有(you)30毫(hao)秒。比93Nb更(geng)輕的同(tong)(tong)位(wei)(wei)素(su)一(yi)(yi)般進(jin)(jin)行(xing)β+衰(shuai)變(bian)，比它(ta)重(zhong)的則會(hui)(hui)進(jin)(jin)行(xing)β-衰(shuai)變(bian)。例(li)外包括(kuo)：81Nb、82Nb和84Nb會(hui)(hui)進(jin)(jin)行(xing)少(shao)量(liang)β緩發(fa)質子(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)，91Nb會(hui)(hui)進(jin)(jin)行(xing)電子(zi)(zi)(zi)捕獲和正電子(zi)(zi)(zi)發(fa)射(she)，而92Nb會(hui)(hui)同(tong)(tong)時(shi)進(jin)(jin)行(xing)正電子(zi)(zi)(zi)（β+）和電子(zi)(zi)(zi)（β-）發(fa)射(she)。

已知的(de)核(he)素共有25種，質量數介(jie)乎(hu)84至104。這(zhe)個(ge)質量區間內的(de)同(tong)(tong)位素中(zhong)，只(zhi)有96Nb、101Nb和(he)103Nb不具有同(tong)(tong)核(he)異(yi)構(gou)(gou)體(ti)。最穩定(ding)的(de)鈮同(tong)(tong)核(he)異(yi)構(gou)(gou)體(ti)是93mNb，半衰(shuai)期為16.13年；最不穩定(ding)的(de)是84mNb，半衰(shuai)期為103納秒(miao)。除92m1Nb進行少量電子捕(bu)獲之外，所有同(tong)(tong)核(he)異(yi)構(gou)(gou)體(ti)的(de)衰(shuai)變(bian)方式都是同(tong)(tong)核(he)異(yi)構(gou)(gou)體(ti)轉換或β衰(shuai)變(bian)。

相關資料

元素符號：Nb

元素英文名稱：niobium

元素類型：金屬元素

原子體積：10.87cm3/mol

元素在太(tai)陽中的含量:0.004(ppm)

元素(su)在海水中的(de)含量：0.0000009(ppm)

地殼中含(han)量：20（ppm）

相對原子質量：92.90638

原子序數：41

所屬周期：5

所屬族數：VB

核外電子(zi)排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

電子(zi)層排布(bu)：2，8，18，12，1

晶(jing)體結構：晶(jing)胞(bao)為體心立方晶(jing)胞(bao)，每個晶(jing)胞(bao)含有2個金屬(shu)原子。

晶胞參數：a=330.04pm，b=330.04pm，c=330.04pm，α=90°，β=90°，γ=90°

化合價(jia)：+5（主要），-3，-1，0，+1，+2，+3，+4

莫氏硬度：6

聲(sheng)音在其中的傳(chuan)播(bo)速率：3480（m/s）

電離能(kJ/mol)

M - M+ 664

M+ - M2+ 1382

M2+ - M3+ 2416

M3+ - M4+ 3695

M4+ - M5+ 4877

M5+ - M6+ 9899

M6+ - M7+ 12100

物理化學性質

物理性質

鈮(ni)是灰白色(se)(se)金(jin)屬，熔點2468℃，沸(fei)點4742℃，密度8.57g/cm3。鈮(ni)是一種帶光澤的灰色(se)(se)金(jin)屬，具有順磁性，高(gao)純度鈮(ni)金(jin)屬的延(yan)展性較高(gao)，但會(hui)隨雜質含量的增加(jia)而變硬(ying)。它的最外電子層排布和其他的5族元素(su)非常不同(tong)。同(tong)樣(yang)的現象也出現在前后的釕（44）、銠（45）和鈀（46）元素(su)上。

鈮

Z 元素(su) 每層(ceng)電子數

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮(ni) 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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